慧正资讯，从新加坡国立大学（nus.edu.sg）得到的消息，该校开发出两种新型气凝胶，该两项新研究展示了气凝胶如何为建筑物提供降温并保护免受电子设备发出的有害电磁波的影响。
新加坡国立大学机械工程系的副教授 Duong Hai-Minh（左二）及其团队——Goh Xue Yang（左一）、Nguyen Tan Luon（左三）和 Bai Tianliang（最右）——开发了用于辐射冷却（白色气凝胶）和电磁波吸收（灰色气凝胶）的创新气凝胶。
气凝胶以其多孔性和低密度著称，是一种具有多种功能的固体材料——从在体重管理补充剂中吸收脂肪球到促进更可持续的金属回收过程。传统上，气凝胶用于航空航天工业提供隔热保护，而新加坡国立大学（NUS）的科学家们将这一材料提升到了新的水平，利用其独特特性为建筑和施工、环境修复、药物递送，甚至服装和纺织品等多个领域的应用提供价值。
在一项开创性工作中，由新加坡国立大学设计与工程学院机械工程系的副教授 Duong Hai-Minh 领导的研究团队开发了用于两种新应用的气凝胶：辐射冷却和电磁波（EMW）吸收。
该团队利用塑料废料设计出薄膜气凝胶，具有隔热和辐射冷却功能。这些气凝胶可应用于建筑屋顶等任何表面，以降低内部温度，提供了一种可扩展且可持续的无能耗热管理解决方案。团队的研究成果于2024年5月15日发表在《Solar Energy》期刊上。
在另一项研究中，新加坡国立大学的研究人员设计了一种简单且可扩展的方法，用于生产吸收X波段电磁波的气凝胶。X波段是天气监测和空中交通管制中使用的频段。这些轻质且耐用的气凝胶能够防止电磁污染，保护人类和敏感设备免受日益数字化世界中的电磁波影响。该研究于2024年1月10日发表在《Carbon》期刊上。
研究人员的工作建立在他们之前的成功基础上，开发了由多种废弃材料制成的气凝胶，包括塑料、纸张和农业副产品（如菠萝叶）。
在这一演示中，白色气凝胶将下方区域与周围热量隔离，同时通过辐射冷却使该区域降温，如图所示，气凝胶的上表面温度低于热水盆的温度。
用于辐射致冷却的气凝胶
传统的冷却系统，如空调，耗能巨大，占全球建筑用电的约20%。新加坡国立大学团队开发的新型气凝胶提供了一种被动冷却替代方案，利用自然的辐射冷却过程将热量散发到太空，而无需消耗能源。
“这个过程涉及使用特别设计的气凝胶，通过大气的‘天空窗口’发射红外辐射，有效地将表面温度降至环境水平以下，”副教授 Duong 说道。“我们很高兴能够将一次性聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）瓶中的纤维回收利用，用于为此目的设计的新型气凝胶，以帮助应对全球塑料废物危机。”
该团队之前曾使用聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纤维生产气凝胶，但最新的方法显著更具能效，能耗降低约97%，生产时间缩短96%。在与新加坡国立大学量子技术中心的 Dr. Jaesuk Hwang 合作进行的测试中，该材料在新加坡的温暖气候下，厚度为0.5厘米时产生了2摄氏度的冷却效果，这是通过向周围环境发射红外热量，同时表现出良好的隔热性能，从而防止周围环境的热量被吸收。
“这些气凝胶可以减少住宅和商业建筑的能耗，特别是在需要降温的热带气候中，”副教授 Duong 补充道。
未来的研究将集中于将这些气凝胶适应于不同气候条件，并扩展其应用范围，不仅限于建筑隔热，例如在工业过程中，液体循环管道的高效热管理至关重要。
在这一演示中，被灰色气凝胶保护的手机记录到的WiFi速度显著较慢，这表明该气凝胶吸收了手机接收到的电磁波。
用于电磁波吸收的气凝胶
在这一演示中，受到灰色气凝胶保护的手机记录到的WiFi速度显著降低，这表明该气凝胶吸收了手机接收到的电磁波。
现代电子设备会发出电磁波（EMWs），这些波会干扰附近的设备并对健康造成风险，包括DNA损伤和癌症。因此，开发能够有效吸收电磁波的材料以保护人类和基础设施免受这些不良影响至关重要。其应用包括增强建筑物的隐私和安全性，以及保护敏感的医疗设备。
为了解决这一需求，副教授 Duong 的团队开发了一种可扩展且环保的程序，以生产对电磁波吸收有效的新型气凝胶。该过程涉及将三种主要成分——碳纳米管、聚乙烯醇和羧甲基纤维素——混合在一起，然后进行冷冻干燥。
这种气凝胶厚度约为3毫米，约为40根人类头发的宽度，表现出令人印象深刻的电磁波能量吸收能力，达到99.99%。在整个X波段（8.2–12.4 GHz）电磁谱中，该气凝胶始终显示出吸收90%电磁波能量的能力，X波段主要用于雷达系统、天气监测和空中交通管制。
“除了在X波段提供1.2–2.2 GHz的宽吸收带宽外，我们的气凝胶重量也比现有的电磁波吸收复合材料轻约10倍，”副教授 Duong补充道。“与其他复合材料不同，我们的气凝胶在使用前无需与重聚合物填料混合。”
研究人员估计，生产一平方米、厚度为一厘米的气凝胶的成本不到100新元。这一成本远低于其他类似商业材料的价格，后者通常在180新元至1000新元以上。
展望未来，团队计划改进气凝胶的机械性能，如柔韧性，以扩大其在各种建筑和基础设施项目中的适用性。研究人员还旨在进行实际测试，以全面评估气凝胶在实际场景中的电磁波吸收能力。
文章来源：FUNction Device improves quality of life of patients with muscular dystrophy (nus.edu.sg)
